海洋吸收了人类排放CO2中的多大比例？碳汇的作用与酸化的代价

海洋承担了人类排放CO2中的多大份额

据应对气候变化的国际研究团队全球碳计划2025年发布的《Global Carbon Budget 2025》报告，过去10年间（2015〜2024年）人类活动排放的CO2中，约29%被海洋吸收。同期陆地森林与土壤的吸收比例为21%，低于海洋的吸收量。若追溯至1850年工业革命初期以来的累计吸收量，海洋迄今已吸收了人为CO2排放总量的约27%。

未被海洋和陆地吸收的剩余排放量将滞留在大气中，直接推高大气CO2浓度并加剧全球变暖。也就是说，海洋的吸收能力实际上起到了减缓变暖速度的"争取时间"的作用。假设海洋的吸收量为零，简单推算大气中残留的CO2将远多于现在，工业革命以来的气温上升幅度也可能更为剧烈。

据信，海洋吸收了人类活动排放到大气中的二氧化碳的约四分之一。

— 日本气象厅

海洋已储存了大气中50倍的CO2

据日本气象厅解释，海洋已经储存了约为大气中CO2含量50倍的CO2，并吸收了人类活动排放到大气中的约四分之一的CO2。根据气象厅的观测推算，1990〜2024年间海洋平均每年吸收21亿吨（换算成碳）的CO2。这一吸收量虽然会以数年至十年的周期波动，但长期呈增长趋势。

据推算，2024年单年海洋的CO2吸收量约为3.4±0.4吉吨碳，而受厄尔尼诺现象结束的影响，2025年的初步估计值略有下降，约为3.2吉吨碳。尽管逐年有增减，但从数十年的尺度看，海洋的吸收量本身持续呈上升趋势。这是因为只要大气中CO2浓度持续上升，浓度差就会促使海水溶解更多CO2。

与陆地碳汇的不同之处

陆地生态系统的吸收量因干旱、森林火灾、热浪等因素而年际波动较大。实际上，据报告2023年热带地区陆地碳汇的下降曾推高了大气CO2的增长速率。相比之下，海洋的吸收波动相对较小，具有支撑全球碳收支的"稳定碳汇"的特性。这种稳定性正是海洋在应对气候变化方面备受重视的原因之一。

这些数字也是每年更新的"活数据"。全球碳计划每年11月前后发布最新的Global Carbon Budget，并持续修正此前年份的排放量与吸收量估算值。海洋29%的吸收占比并非固定数值，应理解为今后会随数据更新而进行微调的性质。

海洋吸收二氧化碳的机制：溶解度泵与生物泵

海水为何能溶解如此大量的CO2？海洋从大气中吸收CO2并将其输送至深海的途径主要有两条。据日本气象厅与JAMSTEC的解释，这两条途径分别被称为"溶解度泵"与"生物泵"。二者都是利用大气与海水之间的CO2浓度差，将表层吸收的碳运送至海洋深处，这一点是共通的。

① 溶解度泵：物理与化学过程的吸收

CO2是一种易溶于水的气体，水温越低，其溶解量越大。高纬度地区寒冷的海面溶解了大量CO2后，海水密度增大并下沉，随后在北大西洋、南极海等海域被输送至深层。这种表层CO2通过物理化学过程被"输送"至海洋内部的机制，就是溶解度泵。被送入深层的CO2会随深层洋流（即所谓的海洋"传送带"）在数百年至上千年的时间尺度上缓慢地环绕全球。

② 生物泵：由生物完成的运输

在阳光可及的海洋表层，浮游植物通过光合作用将CO2转化为有机物。浮游植物及以其为食的浮游动物、鱼类的尸体与排泄物会形成"海洋雪"沉降至海底，并在分解过程中将碳运送至深海。这就是生物泵，是将碳隔离至海洋内部的主要途径之一。在沉降过程中，大部分有机物会在水层中途被分解，但仍有一部分能够到达深海海底，使碳在数百年至数千年的时间尺度上与大气隔离。

两种泵相互支撑的关系

溶解度泵与生物泵并非各自独立运作。浮游植物光合作用使表层CO2浓度下降后，大气中的CO2便更容易溶入海水，而这部分CO2又会随海水下沉被输送至深层，二者以这种方式相互补充。两者的比重因海域和季节而异，在营养盐丰富的高纬度海域和上升流区域，生物泵的贡献往往更大。

从整个海洋来看，溶解度泵主要在高纬度海域发挥作用，而生物泵则往往在营养盐丰富的上升流区域及季节性浮游生物大量繁殖（水华）的海域表现更为活跃。在日本近海，亲潮与黑潮交汇的混合水域富含营养盐，浮游生物生产力高，被认为是生物泵活跃的"碳的窗口"之一。

日本气象厅持续监测的日本近海CO2吸收

日本气象厅自20世纪90年代起，沿东经137度线、东经165度线等固定观测线，利用观测船持续进行定期海洋观测。通过搭载于船上的表层海水CO2分压（pCO2）连续测定装置，以及对采集海水的化学分析，长期追踪各海域CO2吸收量的年际变化。

定线观测——日积月累的工作

气象厅的观测船每年沿几乎相同的航线航行，在相同地点采集并分析海水，从而能够剔除季节性波动以及厄尔尼诺、拉尼娜等数年尺度的波动，识别出"长期趋势"。这是仅靠一次性调查绝对无法获得的数据，只有通过持续不断的观测积累才能得到。东经137度线从日本延伸至赤道方向，东经165度线则从日本延伸至澳大利亚方向，两条航线的特点在于可以比较不同纬度海域特性的数据。

测量的对象与方法

观测船搭载的自动观测装置在航行中持续采集表层海水，测定大气与海水之间CO2分压的差值。若该差值为正，说明海洋正从大气中吸收CO2；若为负，则说明CO2正从海洋释放到大气中。有些海域和季节会转为释放一侧，只有对全球进行平均，才能得出"海洋是碳汇"这一结论。

数十年数据的价值

这类观测虽不起眼，但只有积累数十年的数据后才能显现出"趋势"的意义。仅凭一次航行获得的测定值，无法判断其究竟是自然波动还是长期变化。正因为气象厅坚持以相同航线、相同方法持续观测，才能以十年为单位的精度来描述日本近海CO2吸收量和pH值的变化速率。

• 观测项目：表层海水CO2分压、pH值、总碳酸盐、碱度等
• 观测频率：每条观测线每年数次，持续数十年
• 观测方法：航行中连续测定与定点采水分析相结合
• 公开数据：气象厅"海洋健康诊断表"公开各海域的年际变化

这些数据不仅由气象厅积累，还与JAMSTEC（日本海洋研究开发机构）的科考船以及世界各国运营的观测网络协作汇集而成。通过"GO-SHIP"等国际海洋观测项目，各国数据得以共享，成为支撑Global Carbon Budget等国际计划核算全球CO2收支的基础数据。日本的定线观测正是支撑这一全球尺度碳收支估算的重要一环。

吸收的代价：什么是海洋酸化

海洋吸收CO2从整体来看似乎是件好事，但这背后存在化学反应上的代价。CO2溶入海水后，会与水（H2O）反应生成碳酸（H2CO3），碳酸随后解离为氢离子（H+）和碳酸氢根离子（HCO3-）。氢离子的增加会使海水向酸性一侧倾斜，这就是被称为"海洋酸化"的现象。

目前海水呈弱碱性，表层pH值约为8.1。而据估算工业革命前的平均pH值约为8.17，这意味着表层海水pH值迄今已下降约0.1。由于pH值是对数尺度，仅下降0.1，氢离子浓度（即酸度）便会增加约30%。虽然数字看似很小，但从化学角度而言，这是相当迅速的变化。

随深度变化的pH值

海水的pH值也会随深度而变化。在西北太平洋亚热带海域，表层pH值约为8.1，但随着深度增加pH值会下降，在部分海域水深1000米附近甚至降至约7.4。这是因为深层有机物分解会产生CO2，越往深处越容易偏向酸性，这表明酸化并非仅限于表层，而是关系到整个海洋垂直结构的现象。

日本近海也在持续酸化

据气象厅观测，在纪伊半岛近海向南延伸的西北太平洋海域，表层海水pH值正以每十年约0.02的速率下降。日本周边海域在1998年至2024年间，每十年下降0.022，与全球平均下降速率（每十年0.018）大致相当。这并非局部现象，而是与全球海洋同步推进的变化。据报告，全球平均而言，1990年以来表层海水pH值已下降约0.06。

海水的"缓冲能力"也在发生变化

海水原本具备即使溶入CO2也能温和抑制pH值变化的缓冲能力。然而已知随着酸化的推进，这种缓冲作用本身也在逐渐减弱。也就是说，酸化并非"pH值略微下降就结束"这样简单的变化，而是海水的化学性质从容易吸收CO2逐渐转变为不易吸收CO2这一更长期过程的一部分。

海洋酸化也被称为"全球变暖的另一张面孔"。如果说变暖是大气CO2浓度上升对气温造成的影响，那么酸化则是同样的CO2浓度上升对海水化学性质造成的影响，二者原因相同却表现形式不同。无论哪一种，根本对策都是削减CO2排放量，二者不能分开看待。

酸化对海洋生物的影响

随着酸化加剧，海水中碳酸根离子的浓度会降低。碳酸根离子是珊瑚、贝壳、海胆骨骼、颗石藻外壳等碳酸钙（文石或方解石）的构成材料，一旦不足，这些钙化生物就难以形成外壳或骨骼。

文石饱和度这一指标

表示碳酸钙生成难易程度的指标是"文石饱和度（Ω）"。当Ω大于1时，碳酸钙容易沉淀（即容易形成外壳）；而当Ω降至1以下，进入"未饱和"状态时，已有的外壳和骨骼就存在开始溶解的风险。日本近海的数据显示，文石饱和度在1994年至2008年间从3.6降至3.4。虽然尚未达到未饱和状态，但下降趋势正在稳步推进。

从低纬度到高纬度、再到深海的影响扩散

文石饱和度原本在水温较低、CO2更易溶解的高纬度和深海区域就偏低。这意味着随着酸化推进，那些原本饱和度就勉强维持的高纬度和深海海域将率先接近未饱和状态。在北极海和南极海周边，部分海域已被报告出现季节性未饱和状态，生活在寒冷海域的钙化生物被认为更容易在较早阶段受到影响。

不同生长阶段的脆弱性差异

即使是同一物种，对酸化的耐受性也会因生长阶段而有很大差异。一般而言，卵及幼体阶段的外壳、骨骼形成比成体更为精细，对周围化学环境的变化也更为敏感。若在这一阶段无法摄取足够的碳酸钙，无法进入后续生长阶段而死亡的个体就会增加。养殖业受到的影响之所以常常集中体现在"稚贝、幼体阶段"，正是出于这一生态学原因。

从食物链的角度看，影响或许并不仅限于钙化生物本身。颗石藻、有孔虫以及翼足类（包括海天使近缘的微小浮游螺类）是鲑鱼、鲱鱼等许多鱼类的重要饵料资源。若这些生物的生产量因酸化而下降，即便本身不具外壳的鱼类资源量也可能受到间接影响，目前世界各地正在推进覆盖整个生态系统的影响评估。

对日本水产业与观光业的风险

在海产品消费量较高的日本，海洋酸化既是环境问题，也是产业与食品供应上的风险。在贝类与甲壳类养殖中，稚贝、幼体阶段的外壳形成一旦受阻，就可能影响生长率与存活率，这对牡蛎、扇贝等日本主要养殖品种而言是不容忽视的隐忧。

养殖业面临的担忧

在贝类养殖中，产卵及浮游幼体期这一初期阶段被认为最容易受到酸化的影响。若这一时期外壳无法顺利形成，未能进入后续生长阶段而死亡的个体就可能增多。北美地区实际上已发生过养殖场因引入酸化海水导致牡蛎幼体大量死亡的事例，对日本的养殖业而言这绝非事不关己。

对珊瑚礁、渔业与观光业的波及

在拥有珊瑚礁的冲绳等地区，水温上升导致的白化现象与酸化导致的骨骼形成受阻叠加，可能使珊瑚自身的恢复能力下降。珊瑚礁既是潜水等观光资源，同时也是众多鱼类的产卵与育幼场所，因而其影响也可能波及渔业资源。颗石藻、有孔虫等微小钙化浮游生物的生产量一旦下降，以其为食的鱼类乃至更高营养级的生态系统也可能受到连锁影响。

• 养殖业：贝类、甲壳类稚贝阶段外壳形成受到的影响
• 渔业：珊瑚礁、藻场等产卵与育幼场所功能下降的风险
• 观光业：珊瑚白化与生长受阻对潜水资源的影响
• 粮食安全：对海产品消费量较高的日本而言的长期供给风险

为应对这些风险，部分养殖现场正在研究实时监测海水pH值与文石饱和度、避开酸化易发时段或海域取水等对策。虽然难以在地区层面阻止海洋酸化本身，但提前掌握影响易发生的时机、将损失控制在最小限度的适应性对策的重要性正在提升。

海洋的吸收能力是否存在极限：IPCC给出的未来情景

海洋今后是否会继续以同样的速度吸收CO2？IPCC第六次评估报告（AR6）第一工作组的分析指出，只要大气中CO2浓度持续上升，海洋与陆地的吸收量本身就会持续增加，但吸收量占排放量的"比例"将逐渐下降。

变暖本身会削弱吸收能力

在高排放情景（SSP4-6.0与SSP5-8.5）下，表层海水温度上升会降低海水的CO2缓冲能力（缓冲容量），预计2050年以后海洋吸收量的增长将放缓。而在低排放情景（SSP1-2.6）下，大气CO2的增长速率本身趋缓，吸收量的增长也会随之自然放缓。据CMIP6模式估算，自1850年以来的累计海洋碳吸收量在SSP1-2.6情景下将稳定在约290±30吉吨碳，而在SSP5-8.5情景下到2100年将达到约520±40吉吨碳。

另一重风险：洋流的变化

海水温度上升不仅影响缓冲能力，也会影响海洋大尺度环流本身。在高排放情景下，表层海水的升温与淡化会缩小海水密度差，可能削弱伴随深层下沉的环流。若环流减弱，向深层输送碳的过程本身就会受阻，生物泵所捕获的碳在到达深海之前重新返回表层的量可能增加。在这种情况下，温度上升导致的生物生产变化与环流减弱将同时发生，使影响的预测变得更加复杂。

这些未来预测在不同模式间存在差异，也留有不确定性。但共同点在于，海洋的吸收能力并非"排放量再多也能无限承受的缓冲区"。需要认识到，海洋所发挥的缓冲作用，终究只是为人类推进减排争取的一段缓冲期而已。

增强海洋吸收能力的新技术：海洋碱化这一选择

旨在人为增强海洋自然吸收能力的研发近年来也日趋活跃。其代表性方法是"海洋碱化（Ocean Alkalinity Enhancement，OAE）"，即通过向海水中添加碱性物质来提高海水的碳酸盐缓冲能力，使其能从大气中溶解更多CO2。理论上，这被视为一种既能推进CO2去除、又能在局部缓解海洋酸化的"一举两得"的方法，因而备受关注。

2025年：实证试验正式启动

OAE领域的实证阶段正在推进。加拿大的Planetary Technologies公司于2024年发行了全球首个经第三方核实的OAE碳信用额度。美国的Ebb Carbon公司作为"Project Macoma"项目，与美国能源部下属的太平洋西北国家实验室开展了为期两年的实证试验，并于2025年10月在华盛顿州安吉利斯港正式投入运营。由美国伍兹霍尔海洋研究所主导的"LOC-NESS"项目在缅因州近海开展的实地试验中，据报告在4天的监测期间内有2至10吨大气CO2被吸收进入海洋。

大规模推广仍面临课题

另一方面，据报告，这些早期的实地试验与模型分析显示，小规模的CO2去除对周边保护区域几乎没有产生可测量的影响。反过来说，这也意味着如果要在全球尺度上确保对CO2去除具有实际意义的规模，其对生态系统与海洋化学将产生怎样的影响，目前仍不十分清楚。"增强"海洋吸收能力的技术并非阻止酸化的万能药，而应被定位为需要与减排并行、并需谨慎反复验证的发展中选项。

日本国内对利用海洋进行CO2去除技术的关注也在升温。研究机构与企业的实证试验动向已开始见诸报道，今后针对日本近海环境特性的技术验证预计将成为一项课题。正因为是四面环海的岛国，日本更需要比其他国家更加谨慎地权衡这类技术带来的益处与风险。

我们能做些什么

海洋作为"地球最大碳汇"所发挥的作用，今后将随排放量的变化而或强或弱。根本对策是削减CO2排放本身，但守护支撑海洋吸收能力的生态系统同样是重要的选择之一。

红树林、海草床等沿海生态系统作为"蓝碳"发挥着长期储存大气CO2的作用。保护和恢复这些生态系统虽然不能直接缓解海洋酸化，但作为为数不多的、可抵消CO2排放的自然手段，各地正在推进相关行动。详情请参阅蓝碳的机制以及海洋碳吸收面临的极限等相关文章。

在企业与地方政府的举措方面，不仅设定CO2减排目标，还开始将酸化风险的考量纳入供应链中的水产品采购方针。个人能够直接参与的场景有限，但了解并支持这些企业与地方政府的举措，也是一种间接的助力。

个人所能做的事情看似微小，但减排这一根本举措正是由每个人的行动积累而成。此外，像海洋酸化这样进展缓慢、难以切身感受到的变化，正因如此，了解正确的数据并持续保持关注本身就具有意义。海洋的异变往往需要较长时间才能以肉眼可见的形式呈现出来，因此更需要全社会共同关注观测数据这一"预警系统"。

• 削减日常CO2排放（节能、使用可再生能源等）是最根本的对策
• 支持红树林、海草床等蓝碳生态系统的保护与恢复
• 关注日本气象厅、JAMSTEC等公共机构公布的观测数据，持续了解变化
• 关注水产业、养殖业在酸化对策研究方面的动向